[发明专利]基于图像内容的鲁棒可逆水印嵌入与检测方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及信息安全技术领域中的一种基于图像内容的鲁棒可逆水印嵌入与检测方法。本发明可用于在发布数字图像的同时，提取数字图像的内容水印注册到第三方知识产权库，并且在接收数字图像的同时，检测水印信息，实现对数字图像的所有权的验证，达到信息安全的目的。

背景技术

随着多媒体技术、网络技术和计算机技术的迅猛发展，无论是人们的日常工作和生活还是企业单位和事业单位的办公和交易，对于以多媒体信息为代表的数字技术的需求日益增加。由于因特网的发展和普及以及数字化信息存取的便利性,越来越多的媒体信息以数字的形式存在并通过网络进行流通。但是任何事情有利必有弊，数字化作品的信息安全在网络环境下极易受到挑战。一些攻击者没有得到数字作品作者的授权就擅自复制、篡改和传播这些具有版权的数字出版物，从中获取可观的经济收入。这种行为伤害了数字作品版权所有者和发行单位的利益,并重创了数字媒体产业的有序发展。此外，随着电子政务、电子商务和远程医疗诊断的推广应用，一些政府公文、交易账单和患者病历等在互联网上被恶意篡改,这使得人们对这些网络应用增添了一份恐惧和不信任感。因此，如何在网络环境下对数字媒体实施版权保护、所有权验证、拷贝控制领域等已经成为迫在眉睫的信息安全问题。

针对上面的问题，数字可逆水印技术作为一项富有潜力的解决手段应运而生，并成为近年来工业界和学术界共同关注的热点。与普通数字水印相比，可逆数字水印，不仅利用数字内嵌的方法把一些秘密信息隐藏在图像、声音、文档、视频等数字媒体中并且如果在传输过程中数字媒体没有发生任何损失，就可以在提取隐藏信息之后，无失真地恢复数字媒体的内容。这对于诸如医学影像、法庭证据照片、电子票据、遥感图像等要求苛刻的领域具有重要意义。然而，在实际应用中，无损环境传输几乎是不可能的，数字媒体在传输过程中往往会由于信道噪声或恶意处理的影响而出现将质，嵌入的水印又需要具有抵抗攻击的鲁棒性。这种水印方案称为鲁棒可逆水印，它以其特有的优势引起了广大研究者们的浓厚兴趣，成为国际信息安全领域新兴的研究领域。

根据水印嵌入模型的不同，现有的鲁棒可逆图像水印方法可以分为三类：基于直方图旋转的方法，基于直方图分布约束的方法和基于广义统计量直方图与聚类的方法。见文献“安玲玲.数字图像无损信息隐藏方法研究.西安电子科技大学.2011”。

De Vleeschouwer C等人在“Circular interpretation of bijective transformations in lossless watermarking for media asset management”(《IEEE Trans.Multimedia》2003，5：97-105)提出一种基于直方图旋转的方法，该方法基于Patchwork理论，首先将原始图像分成大小相同且互不重叠的图像块，每个块中的像素又被随机地划分为两个相同大小的子区域并将其灰度直方图映射到圆上；最后通过旋转圆心到子区域质心的向量来嵌入水印。该方法对JPEG压缩具有鲁邦性，但是仍然存在的不足是，由于采用模256运算来避免像素溢出，从而导致含水印图像中存在大量的“椒盐”噪声，大大降低了含水印图像的视觉质量，影响了该方法的鲁棒性。

Zou D K等人在“A semi-fragile lossless digital watermarking scheme based on integer wavelet transform”(《IEEE Trans.Circuits and Systems for Video Technology》2006，16：1294-1300)提出一种基于直方图分布约束的方法，此类方法根据图像的直方图分布信息和待嵌入的水印有约束地修改图像的统计特性来实现水印嵌入。与第一类方法相比，该类方法虽然消除了“椒盐”噪声，提高了含水印图像的视觉质量，但是，由于误差纠错码的使用，使其仍存在容量低的问题。

西安电子科技大学申请的专利“基于直方图邻域的鲁棒可逆水印嵌入与提取方法”(申请号：2011100891341，授权公开号：CN102156955B)授权了一种基于直方图邻域的鲁棒可逆水印嵌入与提取方法，该类方法基于广义统计量直方图平移与聚类算法实现了水印的无损嵌入与鲁棒提取，增强了水印抗攻击的鲁棒性。虽然该类方法与前两类方法相比，提升了水印抵抗JPEG压缩与加性高斯噪声的鲁棒性，但其水印其他两类方法一样，仍然是无意义的二进制序列，缺少与宿主图像的关联，不利于算法的安全性，而且在容量、不可感知性及鲁棒性三方面的综合性能还有进一步提高的空间。

发明内容